组合导航滤波扩散及检测研究

论文摘要

由捷联惯性导航系统(SINS, Strapdown Inertial Navigation System)和全球定位系统(GPS, Global Positioning System)所组合的组合导航系统,综合了捷联惯性导航系统和全球定位系统的优点,实现了多信息的数据融合,并且提高了组合导航系统的余度和容错能力,使组合导航系统具备导航精度高、可靠性好、成本低廉的特点。抑制滤波发散的算法可以使组合导航系统的滤波器工作更加稳定。本文对在松组合的组合导航系统中的抑制滤波发散算法进行了深入研究,并设计了仿真系统,通过该系统检验加入抑制滤波发散算法的效果。本文首先介绍了SINS/GPS组合导航滤波算法的发展现状和趋势,然后介绍了捷联惯性导航系统和GPS系统的基本原理,并且通过捷联惯性导航系统及GPS的误差模型,并阐述了卡尔曼滤波的理论以及在SINS/GPS组合导航系统的应用。其次,研究了SINS/GPS组合导航系统的松组合方式。阐述了松组合的组合导航系统的特点,并继而建立了SINS/GPS组合导航的状态方程和量测方程。然后介绍了在卡尔曼滤波过程中加入抑制滤波发散算法的基本原理。最后,设计了基于松组合的SINS/GPS组合导航系统的仿真系统。首先根据一定条件产生运动载体的轨迹曲线,并仿真出陀螺仪和加速度计的输出结果和GPS数据,并根据捷联惯性导航系统的误差原理和GPS系统的误差原理,生成陀螺仪、加速度计和GPS的误差数据,并将其加入到由陀螺仪和加速度计的输出中。然后设计了针对组合导航系统的卡尔曼滤波器、衰减记忆滤波器和自适应抑制滤波器,进行实验研究。实验结果表明在考虑加入抑制滤波发散算法后,可以获得比常规卡尔曼滤波器更好的滤波效果,获得的三维位置和三维速度的误差较小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 插图和附表清单（先图后表）
• 第一章 绪论
• 1.1 组合导航系统的现状
• 1.2 组合导航中的滤波算法研究现状
• 1.3 研究的意义
• 1.4 研究的内容
• 第二章 SINS/GPS组合导航
• 2.1 捷联惯性导航系统原理
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 导航中常用的坐标系
• 2.1.3 捷联式惯性导航系统原理
• 2.1.4 捷联式惯性导航系统的误差方程
• 2.2 GPS系统原理
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 GPS定位系统组成
• 2.2.3 GPS定位系统的工作原理
• 2.2.4 GPS定位原理及误差分析
• 2.3 SINS/GPS组合导航系统
• 2.3.1 SINS/GPS组合模式
• 2.3.2 SINS/GPS组合导航系统的仿真数学模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 Kalman滤波基本理论
• 3.1 kalman滤波概述
• 3.2 kalman滤波理论和特性
• 3.2.1 最优估计与卡尔曼滤波
• 3.2.2 线性离散卡尔曼滤波
• 3.2.3 卡尔曼滤波的性质与应用条件
• 3.3 kalman滤波发散的研究
• 3.3.1 有色噪声情况下的卡尔曼滤波
• 3.3.2 衰减记忆滤波
• 3.3.3 限定记忆滤波
• 3.3.4 自适应滤波
• 3.4 本章小结
• 第四章 组合导航中抑制滤波发散的仿真实验
• 4.1 SINS/GPS组合导航系统仿真的系统设计
• 4.2 轨迹发生器的设计
• 4.3 SINS和GPS仿真系统的设计
• 4.3.1 陀螺仪的仿真
• 4.3.2 加速度计的仿真
• 4.3.3 GPS仿真系统的设计
• 4.4 滤波器的仿真设计
• 4.4.1 常规卡尔曼滤波器设计
• 4.4.2 衰减记忆滤波的设计
• 4.4.3 自适应滤波的设计
• 4.5 仿真实验与结果分析
• 4.5.1 三维位置仿真结果
• 4.5.2 三维速度仿真结果
• 4.5.3 仿真结果小结
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表论文目录